Размер Земли: физические параметры планеты¶

Размер Земли — совокупность физических характеристик планеты Земля, определяющих её геометрические параметры: радиус, площадь поверхности, объём и массу. Эти величины являются фундаментальными данными в геодезии, геофизике и планетологии. Земля не является идеальной сферой: вследствие вращения она сплюснута у полюсов, поэтому её форма описывается как геоид, приближающийся к трёхосному эллипсоиду вращения.

¶Основные параметры

Ключевые числовые характеристики Земли установлены Международным астрономическим союзом (МАС) и Международной ассоциацией геодезии. В системе WGS 84 (World Geodetic System 1984), используемой в глобальных навигационных спутниковых системах, приняты следующие значения.

¶Радиусы

Земля имеет три различных радиуса. Экваториальный радиус составляет 6378,137 км. Полярный радиус (расстояние от центра до полюса) равен 6356,752 км. Разница между ними — около 21,4 км, что составляет примерно 0,34 % от среднего радиуса. Средний радиус, определяемый как среднее арифметическое трёх радиусов эллипсоида, равен 6371,008 км. В астрономии часто используют условный радиус 6371 км для расчётов орбит и гравитационных взаимодействий.

¶Окружность

Окружность экватора Земли составляет 40 075,017 км. Длина меридиана (полный эллипс через полюса) равна 40 007,86 км. Разница в 67 км обусловлена полярным сжатием. В историческом контексте именно деление окружности меридиана на 40 000 частей легло в основу определения метра в 1795 году во Франции.

¶Площадь поверхности

Общая площадь поверхности Земли составляет 510 072 000 км². Из этой площади 361 132 000 км² (примерно 70,8 %) занято Мировым океаном, а 148 940 000 км² (29,2 %) приходится на сушу. Средняя высота суши над уровнем моря — около 840 метров, средняя глубина океана — около 3700 метров.

¶Объём и масса

Объём Земли равен 1,08321 × 10¹² км³ (или 1,08321 × 10²¹ м³). Масса планеты составляет 5,9722 × 10²⁴ кг (около 5,97 секстиллионов тонн). Средняя плотность Земли — 5515 кг/м³, что является наибольшей плотностью среди планет Солнечной системы. Это значение значительно превышает плотность поверхностных пород (2700–3000 кг/м³), что указывает на наличие плотного металлического ядра.

¶Форма Земли

Фигура Земли в первом приближении — сфероид (эллипсоид вращения) со сжатием 1/298,257223563. Полярное сжатие вызвано центробежной силой, возникающей при вращении планеты с угловой скоростью 7,292115 × 10⁻⁵ рад/с. Более точное описание формы даёт геоид — уровенная поверхность, совпадающая со средним уровнем моря в спокойном состоянии. Отклонения геоида от идеального эллипсоида не превышают ±100 метров и обусловлены неравномерным распределением масс в недрах Земли.

¶Исторические измерения

Первое достоверное определение размеров Земли выполнил древнегреческий учёный Эратосфен Киренский около 240 года до н. э. Наблюдая разницу в высоте Солнца в Сиене (Асуан) и Александрии в день летнего солнцестояния, он получил окружность Земли около 39 690 км, что лишь на 1 % отличается от современных данных.

В 1669–1671 годах французский астроном Жан Пикар провёл триангуляционные измерения дуги меридиана под Парижем и впервые определил длину градуса меридиана с высокой точностью. Это позволило Исааку Ньютону теоретически обосновать полярное сжатие Земли. В XVIII веке экспедиции Пьера Мопертюи в Лапландию (1736–1737) и Шарля де ла Кондамина в Перу (1735–1744) подтвердили, что Земля сплюснута у полюсов, а не вытянута, как предполагали некоторые картезианцы.

Современные измерения выполняются методами космической геодезии: лазерной локации спутников (SLR), радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI), спутниковой альтиметрии и глобальных навигационных спутниковых систем (GPS/ГЛОНАСС). Эти методы позволяют определять параметры фигуры Земли с точностью до сантиметра.

¶Динамические изменения

Размеры Земли не остаются строго постоянными. Наблюдаются следующие процессы:

Вековое замедление вращения: сутки удлиняются примерно на 1,7–2,3 миллисекунды за столетие из-за приливного трения Луны.
Постгляциальное поднятие: в районах, освободившихся от ледниковых щитов (Скандинавия, Канада), земная кора поднимается со скоростью до 1 см в год.
Колебания уровня Мирового океана: за XX век уровень моря поднялся примерно на 17 см, что влияет на перераспределение масс и, как следствие, на параметры геоида.
Сейсмические события: крупные землетрясения изменяют момент инерции планеты и её форму на миллиметровом уровне.

¶Значение параметров

Знание точных размеров Земли необходимо для решения широкого круга задач: построения глобальных систем координат, навигации, картографии, изучения гравитационного поля, расчёта орбит искусственных спутников и космических аппаратов, а также для понимания внутреннего строения планеты. Отношение массы Земли к её объёму позволяет оценивать состав недр, а точные значения радиусов используются при моделировании климатических процессов и прогнозировании изменений уровня моря.

Метрическая система исторически связана с размерами Земли: метр был определён как одна десятимиллионная часть четверти парижского меридиана. Хотя в 1960 году определение метра было заменено на основе длины волны излучения криптона-86, а затем — скорости света, связь эталона длины с планетарным масштабом остаётся важным фактом истории науки.

¶Источники

Международная ассоциация геодезии (IAG), Доклады о параметрах Земли, 1980–2015.
World Geodetic System 1984 (WGS 84), NGA, 2014.
Lodders K., Fegley B. The Planetary Scientist’s Companion. Oxford University Press, 1998.
Yoder C.F. Astrometric and Geodetic Properties of Earth and the Solar System. In: Global Earth Physics, AGU, 1995.
Мороз В.И. Физика планеты Земля. М.: Наука, 1998.